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汽车电子架构升级,零部件厂商迎来新商机

荷叶塘 来源:电子发烧友 作者:程文智 2020-08-13 12:00 次阅读

电子发烧友网报道(文/程文智)近几年来,汽车互联网化的趋势越来越明显,根据Strategy Analytics统计,2019年全球售出了4400万辆互联网汽车,互联网车辆的渗透率为49%,预计到2025年,渗透率会上升到73%。汽车互联之后,必然会产生大量的数据,特别是自动驾驶汽车出现之后,车辆数据的增长是爆炸式的。据统计,自动驾驶汽车每小时会产生超过4TB的数据,其中包括了道路状况、天气、周围物体、交通和街道标志等方面的实时数据,而且这些数据必须在车内各个部件之间共享,并用于在瞬间做出驾驶决定。
 
在汽车中,一直依赖一种相对简单的网络标准,即CAN(Controller Area Network,控制器区域网络)总线,来协调所有的微处理器和电子控制单元(ECU),并通过它来传输数据。
 
随着汽车电子化和互联化趋势的发展,车上的ECU数量越来越多,有的车辆上甚至有超过100个不同的ECU,它们都以扁平化的点对点架构相互连接,“从架构上来看,这种方式叫做分布式的电子信息架构。这样的架构不但阻碍了新功能的上市步伐,而且托管在各个ECU中的数据非常难以获取。此外,如果想要修改或更新其中一项功能,就会不可避免地影响到其他辅助设备。”恩智浦执行副总裁兼汽车电子处理器业务部总经理Henri Ardevol表示。
 
那有没有什么办法来应对这个挑战呢?
 

新汽车电子架构的优势及挑战

随着汽车电子的发展,车辆数据需要更高的信号传输效率,更方便的控制,因此,汽车的电子架构必须进行调整,从传统的分布式电子架构向集中的域控制架构转变,以便解锁汽车硬件和软件的创新周期、提升设备和数据的可获得性、创造新的用户体验。

基于服务型架构的新型网关架构
图1:基于服务型架构的新型网关架构

 
在Henri Ardevol看来,新的域控制架构中,基本上都是采用MPU解决方案,让MPU位于各个域中不同类别的ECU层级上,能够以更加可控的方式加快功能的演进。
 
这样一来,对于一些提升用户体验的功能来说,如信息娱乐、车身控制等,就可以针对域控制器使用一些简单的策略实现管理,比原来的分布式网络方便很多;从软硬件的角度看,它对于供应商的依赖和工作量也会小很多。因此,领先OEM厂商正在将所有这些设备和功能视作服务,然后通过一个服务平台进行统一管理,实现更快、更简洁的部署。
 
Henri Ardevol拿服务型网关举例说,基于服务型网关,涌现出了许多新的用例,比如预测性维护等。“我们可以基于车辆的基本使用数据,提供维护建议和分析结果。我们还可以基于实时视图获取有关车辆的健康及性能数据,进行更加先进的诊断测试。”
 
当然,新的域控制架构也面临着一些挑战Henri Ardevol将其总结为四个方面:
 
一是软件方面,即软件的复杂性和成本。所有这些不同的域,尤其是软件架构之间存在互不兼容的问题。有些解决方案可能来自于移动电话半导体厂商;有些解决方案可能来自于服务器半导体厂商;有一些解决方案可能来自于笔记本电脑半导体厂商;还有一些解决方案来自于汽车半导体厂商。这样一来,就需要思考让所有这些不同来源的软件彼此兼容、协同工作的方法,因此,如何提升软件的可用性是一项必须解决的挑战。
 
二是成本方面,即用户对车辆物料成本的承受能力。得益于众多创新成果的涌现,新的车型的屏幕做得非常漂亮,而且分辨率可能高达11K。有的车内可能安装了超过20块屏幕,而有一些车的摄像头安装数量非常多。一些OEM厂商正在谈论制造超过20个摄像头的车,车内还可以添加指示功能、车流量提示等等复杂的功能,或者ADAS。但是,想要将所有这些功能都添加到车内,事实上是很困难的。这时还需要考虑最终用户的承受能力。所以,如何能够从最经济适用的角度提供一个优化的并且成本可承受的方案是第二项挑战。
 
三是性能方面。人们对车辆性能的需求越来越高,需要从处理器的角度出发解决这一问题。
 
四是功耗管理方面。随着越来越多功能和资源要求的增加,能源需求也将大幅攀升。而车辆本身的能源预算是非常有限的。在无论在线还是离线的场景下实施时,对每一个功能管理域的电源进行优化和平衡是一大挑战,尤其未来的新能源市场,能源并不是无限的,所以这是在新的电子电气架构当中一个不容忽视的问题。
 

域控制架构解决方案

针对上述挑战,恩智浦给出了一个解决方案,那就是他们近期开发的采用了5nm工艺的处理器解决方案。
 
据Henri Ardevol介绍,恩智浦的5nm技术将聚焦在电子座舱、ADAS、动力传动、底盘、网络和车身等几大领域。采用了台积电5nm工艺的汽车SoC具有复杂性低、成本低的优势。预计首个产品将是一颗针对电子座舱的SoC,预计2021年会推出样品。
 
在5nm产品出来之前,恩智浦还有已经在量产的16nm产品车辆网络处理器S32G,它可以支持服务型新网关,可实现向基于域的高性能整车架构转变,“这一架构致力于提供10倍的算力和网络性能。该芯片具有新一代多核架构,并辅助以硬件加速器,降低了软件复杂度。更重要的是,它提供了更加出色的功能安全和加密安全。” Henri Ardevol表示。
 
据他介绍,S32G是针对服务型网关的产品,特点主要体现在两个方面,一是高性能,具有4个1GHz的A53核和3个400MHz M7核。另一个是网络处理加速的能力。针对服务型网关,该芯片有两个专有的通信加速器,分别是CAN网络加速器和以太网网络加速器,这个设计是目前业界独一无二的,而且是全球领先的,能够很大程度上解决网关所涉及的快速路由和信息安全的问题,减轻处理器的算力负担,降低对于网络传输和处理性能的要求,使得系统的性能、算力得以很大程度地释放出来。
 
此外,S32G除了本身的网关功能外,还具备了承担一些其他功能的能力,从而可以替换两到三个ECU,特别是在车身控制方面。因此S32G在设计的时候采用了隔离技术,通过Hypervisor虚拟机等来实现在一个处理器上同时运行不同的应用,这样也进一步优化了成本。

 
图2:S32G车辆网络处理器的多种用途

 
他进一步指出,恩智浦针对域控制器的产品不是一颗产品,而是一个系列的产品,这一系列产品是针对不同的域控制器的一些特定的加速要求而设计的,比如说适用于通用网关的,称为S32G,G代表Gateway;针对动力域的,是S32E、S32S、S32Z;针对ADAS域,例如雷达,则是S32R;还有针对简单的电机控制的控制器,叫S32K等等。


图3:S32G的应用范围和优势

总结

汽车电子架构的调整,也将带来新的机遇,对于整个汽车生态系统而言,无论是汽车制造商、第三方服务商,还是半导体厂商来说都会有新的商机。对汽车制造商来说,服务型网关为他们提供了从汽车制造商向数据服务提供商转型的机会,他们将主导把车内所有的数据及相关服务转换成新的商业机会,而且他们有机会真正促进第三方生态系统的创建,也可以通过新的车辆服务建立自己的业务模型。这些第三方可以是租赁公司、保险公司、移动服务公司,甚至可以是用户体验公司。而半导体厂商则可以根据这些第三方服务和特定策略制定自己的策略。总之,新的架构,将会迎来新的商机。

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